KR20180060777A - Electrode assembly and rechargeable battery including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전극 조립체에 관한 것으로, 특히 이차 전지용 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다. The present invention relates to an electrode assembly, and more particularly, to an electrode assembly for a secondary battery and a secondary battery including the electrode assembly.
최근의 휴대용 소형 전자기기의 전원으로서 각광받고 있는 리튬 이차 전지는 유기 전해액을 사용함에 따라, 기존의 알칼리 수용액을 사용한 전지보다 2배 이상의 높은 방전 전압을 나타내며, 그 결과 높은 에너지 밀도를 나타내는 전지이다.A lithium secondary battery, which has recently been spotlighted as a power source for portable electronic devices, has a discharge voltage twice as high as that of a conventional battery using an alkaline aqueous solution, resulting in high energy density.
이차 전지는 음극, 세퍼레이터 및 양극을 반복 적층한 전극 조립체, 또는 음극, 세퍼레이터 및 양극을 적층한 후 권취하여 형성한 젤리롤 형태의 전극 조립체를 포함할 수 있다. 젤리롤 전극 조립체는 음극, 세퍼레이터 및 양극을 반복적으로 감사 형성하므로, 전극 조립체의 중심에서 외곽으로 갈수록 서로 다른 원주로 인해서 불균일한 반응이 일어날 수 있다. The secondary battery may include an electrode assembly in which a negative electrode, a separator, and an anode are repeatedly laminated, or a jelly roll type electrode assembly formed by laminating a negative electrode, a separator, and an anode and winding them. Since the jelly roll electrode assembly repeatedly forms the negative electrode, the separator and the positive electrode, nonuniform reaction may occur due to different circumferences from the center to the outer periphery of the electrode assembly.
이처럼, 양극과 음극 사이에 반응이 불균일할 경우 부분적으로 과충전 또는 과전압과 같은 현상에 의해서 이차 전지의 수명이 감소하는 문제점이 있다. If the reaction between the anode and the cathode is uneven, the lifetime of the secondary battery may be reduced due to a partial phenomenon such as overcharging or overvoltage.
따라서, 본 발명에서는 이차 전지에서의 반응을 균일하게 하여 이차 전지의 수명을 증가시킬 수 있는 전극 조립체 및 이차 전지를 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an electrode assembly and a secondary battery capable of increasing the lifetime of the secondary battery by making the reaction in the secondary battery uniform.
본 발명의 한 실시예에 따른 권취형 전극 조립체는 기재, 기재의 양면에 각각 형성되어 있는 제1 합재 및 제2 합재를 각각 포함하는 음극 및 양극, 음극과 양극 사이에 위치하는 세퍼레이터를 포함하고, 음극의 제1 합재는 음극의 제2 합재보다 상대적으로 상기 전극 조립체의 중심으로부터 멀리 위치하며, 음극의 제1 합재는 상기 음극의 기재의 일면에 대해서 배향되어 있다. A wound electrode assembly according to an embodiment of the present invention includes a base, a negative electrode and a positive electrode each including a first composite and a second composite formed on both sides of the base, and a separator positioned between the negative and positive electrodes, The first composite of the cathode is located relatively farther from the center of the electrode assembly than the second composite of the cathode and the first composite of the cathode is oriented with respect to one surface of the substrate of the cathode.
상기 양극의 제1 합재는 양극의 제2 합재보다 상대적으로 전극 조립체의 중심에 인접하게 위치할 수 있다. The first composite of the anode may be positioned relatively closer to the center of the electrode assembly than the second composite of the anode.
상기 음극의 제1 합재와 양극의 제1 합재는 세퍼레이터를 사이에 두고 서로 반대편에 위치하고, 음극의 제1 합재는 양극의 제1 합재보다 상대적으로 상기 전극 조립체의 중심에 인접하게 위치할 수 있다.The first composite of the negative electrode and the first composite of the positive electrode are located opposite to each other with the separator interposed therebetween and the first composite of the negative electrode may be located adjacent to the center of the electrode assembly relative to the first composite of the positive electrode.
상기 음극의 제2 합재와 양극의 제2 합재는 세퍼레이터를 사이에 두고 서로 반대편에 위치하고, 양극의 제2 합재는 음극의 제2 합재보다 상대적으로 상기 전극 조립체의 중심에 인접하게 위치할 수 있다.The second composite of the cathode and the second composite of the anode may be located opposite to each other with the separator therebetween and the second composite of the anode may be located relatively closer to the center of the electrode assembly than the second composite of the cathode.
상기 음극의 제1 합재 및 제2 합재는 탄소계 음극 활물질을 포함하고, 음극의 제1 합재 및 제2 합재는 하기 식 1로 정의되는 DD(Degree of Divergence) 값을 가진다. 제1 합재의 제1 DD값과 제2 합재의 제2 DD값의 차이는 10이상일 수 있다. 이때, 상기 음극의 제1 합재의 DD값은 19이상 60이하 이고, 상기 음극의 제2 합재의 DD값은 5이상 19미만일 수 있다. The first and second composites of the negative electrode include a carbon-based negative active material, and the first and second composites of the negative electrode have a degree of divergence (DD) value defined by the following formula (1). The difference between the first DD value of the first composite and the second DD value of the second composite may be 10 or more. At this time, the DD value of the first composite of the cathode may be 19 or more and 60 or less, and the DD value of the second composite of the cathode may be 5 or more and less than 19.
[식 1][Formula 1]
DD(Degree of Divergence) = (Ia/Itotal)×100DD (Degree of Divergence) = (I a / I total ) x 100
(상기 식 1에서,(In the above formula 1,
Ia는 CuKα선을 이용하여 XRD 측정시, 비평면 각도에서 나타나는 피크 강도 합계 값이고,I a is the sum of peak intensities at non-planar angles in XRD measurement using CuKα line,
Itotal은 CuKα선을 이용하여 XRD 측정시, 모든 각도에서 나타나는 피크 강도 합계 값임).I total is the sum of the peak intensities at all angles in XRD measurement using CuKα line).
상기 탄소계 음극 활물질은 인조 흑연 또는 인조 흑연과 천연 흑연의 혼합물, 또는 흑연과 Si계, Sn계 또는 LiMOx (M =금속)계의 혼합물일 수 있다. 상기 전극 조립체는 센터 핀을 더 포함하고, 전극 조립체는 상기 센터 핀을 중심으로 권취되어 있을 수 있다.The carbonaceous anode active material may be a mixture of artificial graphite or artificial graphite and natural graphite, or a mixture of graphite and a Si-based, Sn-based or LiMOx (M = metal) system. The electrode assembly may further include a center pin, and the electrode assembly may be wound around the center pin.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지는 상기 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 케이스, 케이스 내에 상기 전극 조립체와 함께 수용되어 있는 전해질을 포함한다.The secondary battery according to another embodiment of the present invention includes the electrode assembly, a case for housing the electrode assembly, and an electrolyte contained in the case together with the electrode assembly.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체의 일부분을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 음극 활물질의 배향을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.1 is a cross-sectional view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a portion of the electrode assembly of FIG.
3 is a schematic view for explaining the orientation of the negative electrode active material according to one embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.The sizes and thicknesses of the respective components shown in the drawings are arbitrarily shown for convenience of explanation, and thus the present invention is not necessarily limited to those shown in the drawings.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In the drawings, the thickness is enlarged to clearly represent the layers and regions. In the drawings, for the convenience of explanation, the thicknesses of some layers and regions are exaggerated. Whenever a portion such as a layer, film, region, plate, or the like is referred to as being "on" or "on" another portion, it includes not only the case where it is "directly on" another portion but also the case where there is another portion in between.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Also, throughout the specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 단면도이고, 도 2는 도 1의 전극 조립체의 일부분을 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 음극 활물질의 배향을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.FIG. 1 is a cross-sectional view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a portion of the electrode assembly of FIG. 1, and FIG. 3 is an exploded perspective view of an anode active material according to an embodiment of the present invention. Fig.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 내장하는 케이스(20), 케이스(20)의 개구에 개스킷을 개재해여 결합되고 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결되는 캡 조립체(30), 캡 조립체(30)와 전극 조립체(10) 사이에 구비되는 절연판(50) 및 전극 조립체(10)의 중심에 배치되는 센터 핀(60)을 포함한다.1, a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes an
전극 조립체(10)는 순차적으로 적층되어 있는 양극(11), 세퍼레이터(12) 및 음극(13)을 포함한다. 세퍼레이터(12)는 양극(11)과 음극(13) 사이에 배치되며 이들 사이를 절연한다. 전극 조립체(10)는 양극(11), 세퍼레이터(12) 및 음극(13)을 적층한 후 센터핀(60)을 중심으로 권취한 원통형의 젤리롤(jelly roll)일 수 있다.The
세퍼레이터(12)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.The
양극(11)과 음극(13)은 금속 포일(foil)로 형성되는 박판에 활물질이 도포된 영역인 전극 활성부(11a, 13a)와 활물질이 도포되지 않는 영역인 전극 무지부(11b, 13b)를 포함한다. 양극의 전극 무지부(11b)와 음극의 전극 무지부(13b)는 전극 조립체(10)의 서로 반대측 단부에 위치할 수 있다. The
구체적으로 도 2를 참조하면, 양극의 전극 활성부(11a)는 알루미늄과 같은 금속 포일로 이루어지는 제1 기재(11ab) 위에 양극 활물질로 이루어지는 양극 합재(11aa)를 도포함으로써 형성될 수 있다. 양극 합재는 제1 기재의 양면에 각각 형성된 제1 합재(11aa1)와 제2 합재(11aa2)를 포함할 수 있다. Specifically, referring to FIG. 2, the electrode
양극 활물질로는 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물(리티에이티드 인터칼레이션 화합물)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 코발트, 망간, 니켈, 및 이들의 조합으로부터 선택되는 금속과 리튬과의 복합 산화물중 1종 이상의 것을 사용할 수 있다. 양극 전극에서, 양극 활물질의 함량은 양극 합재 전체 중량에 대하여 90 중량% 내지 98 중량%일 수 있다.As the cathode active material, a compound capable of reversible intercalation and deintercalation of lithium (a lithiated intercalation compound) can be used. For example, at least one of composite oxides of lithium and metal selected from cobalt, manganese, nickel, and combinations thereof may be used. In the positive electrode, the content of the positive electrode active material may be 90% by weight to 98% by weight based on the total weight of the positive electrode composite material.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 상기 양극 합재(11aa)는 바인더 및 도전재를 더욱 포함할 수 있다. 이때, 상기 바인더 및 도전재의 함량은 양극 합재 전체 중량에 대하여 각각 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the positive electrode composite material 11aa may further include a binder and a conductive material. At this time, the content of the binder and the conductive material may be 1 wt% to 5 wt% with respect to the total weight of the positive electrode composite material.
상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 한다. 바인더의 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌 부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌 부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the positive electrode active materials to each other and to adhere the positive electrode active material to the current collector. Representative examples of the binder include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymer containing ethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone But are not limited to, polyurethane, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene butadiene rubber, acrylated styrene butadiene rubber, epoxy resin, nylon and the like.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용 가능하다. The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material may be used for the battery without causing any chemical change.
그리고. 음극의 전극 활성부(13a)는 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 이루어지는 제2 기재(13ab)에 흑연 또는 탄소 등의 활물질로 이루어지는 음극 합재(13aa)를 도포함으로써 형성할 수 있다. 음극 합재(13aa)는 제2 기재(13ab)의 양면에 각각 형성된 제1 합재(13aa1) 및 제2 합재(13aa2)를 포함할 수 있다.And. The electrode
음극 합재(13aa)는 탄소계 음극 활물질을 포함할 수 있으며, 제1 합재(13aa1) 및 제2 합재(13aa2)는 하기 식 1로 정의되는 DD(Degree of Divergence) 값을 가질 수 있다. 제1 합재의 DD값은 19이상 60이하이고, 제2 합재의 DD값은 5이상 19미만일수 있다. The anode material 13aa may include a carbonaceous anode active material and the first material 13aa1 and the second material 13aa2 may have a degree of divergence (DD) value defined by Equation 1 below. The DD value of the first member may be 19 or more and 60 or less, and the DD value of the second member may be 5 or more and less than 19.
[식 1][Formula 1]
DD(Degree of Divergence) = (Ia/Itotal)×100DD (Degree of Divergence) = (I a / I total ) x 100
상기 식 1에서,In Equation (1)
Ia는 CuKα선을 이용하여 XRD 측정시, 비평면 각도에서 나타나는 피크 강도 합계 값이고,I a is the sum of peak intensities at non-planar angles in XRD measurement using CuKα line,
Itotal은 CuKα선을 이용하여 XRD 측정시, 모든 각도에서 나타나는 피크 강도 합계 값이다.I total is the sum of peak intensities at all angles in XRD measurement using CuKα line.
이때, 상기 비평면 각도란 CuKα선을 이용하여 XRD 측정시, 2θ=42.4±0.2°, 43.4±0.2°, 44.6±0.2°, 77.5±0.2°를 나타내며, 즉 이는 (100)면, (101)R면, (101)H면, (110)면을 나타내는 것이다. 일반적으로 흑연은 그래핀 층(graphene layer)의 적층(stacking) 순서에 따라 ABAB 형태의 적층 서열(stacking sequence)를 가지는 헥사고날(hexagonal) 구조와 롬보헤드랄(rhombohedral) 구조로 분류되며, 상기 R면은 롬보헤드랄 구조를 의미하고, 상기 H면은 헥사고날 구조를 의미한다.In this case, the non-planar angle represents 2θ = 42.4 ± 0.2 °, 43.4 ± 0.2 °, 44.6 ± 0.2 °, and 77.5 ± 0.2 ° when XRD measurement using CuKα line, ie, (100) R plane, (101) H plane, and (110) plane . Generally, graphite is classified into a hexagonal structure and a rhombohedral structure having an ABAB stacking sequence according to stacking order of a graphene layer, and the R The face means the Lombo headular structure, and the H plane means the hexagonal structure.
또한, 상기 모든 각도란 CuKα선을 이용하여 XRD 측정시, 2θ=26.5±0.2°, 42.4±0.2°, 43.4±0.2°, 44.6±0.2°, 54.7±0.2°, 77.5±0.2°를 나타내며, 즉 이는 (002)면, (100)면, (101)R면, (101)H면, (004)면, (110)면을 나타내는 것이다. 2θ=43.4±0.2°에서 나타나는 피크는 탄소계 물질의 (101)R면과 전류 집전체, 예를 들어 Cu의 (111)면에 해당하는 피크가 중복(overlap)되어 나타난 것으로 볼 수도 있다.In the XRD measurement using CuK? Ray, all the angles indicate 2? = 26.5? 0.2, 42.4? 0.2, 43.4? 0.2, 44.6? 0.2, 54.7? 0.2 and 77.5? It represents the (002) plane, (100) plane, (101) R plane, (101) H plane, (004) plane and (110) plane. The peak appearing at 2θ = 43.4 ± 0.2 ° may be seen as overlapping peaks corresponding to the (111) plane of the current collector, for example, Cu, with the (101) R surface of the carbonaceous material.
일반적으로 피크 강도값은 피크의 높이값 또는 피크의 적분 면적값을 의미하며, 일 구현예에 따른 피크 강도값은 피크의 적분 면적값을 의미한다.Generally, the peak intensity value refers to the peak height value or the integrated area value of the peak, and the peak intensity value according to one embodiment means the integral area value of the peak.
본 발명의 한 실시예에서, XRD 측정은 타겟 선으로 CuKα선을 사용하여 측정한 것이며, 피크 강도 해상도(Peak intensity resolution) 향상을 위하여, 모노크로메이터(monochromator) 장치를 이용하여 타겟 선을 추출하여 측정한 것이다. 또한, 이 때 측정 조건은 2θ=10° 내지 80° 및 스캔 스피드(°/S)가 0.044 내지 0.089, 스텝 사이즈(step size)는 0.026°/스텝의 측정 조건에서 측정한 것이다.In one embodiment of the present invention, the XRD measurement is performed using a CuKα line as a target line. In order to improve the peak intensity resolution, a target line is extracted using a monochromator device Respectively. In this case, the measurement conditions were measured at a measurement condition of 2? = 10 to 80 and a scan speed (? / S) of 0.044 to 0.089 and a step size of 0.026 占 / step.
본 발명의 실시예에 따른 DD값은 상기 음극을 포함하는 리튬 이차 전지를 충방전한 이후, 완전 방전한 상태의 전지를 해체하여 얻은 음극에 대하여 XRD를 측정하여 얻은 값이다. 이때, 충방전 조건은 0.1C 내지 0.2C로 1회 내지 2회 실시한 것이다.The DD value according to an embodiment of the present invention is a value obtained by charging / discharging a lithium secondary battery including the negative electrode and then measuring the XRD of the negative electrode obtained by dismantling the battery in a fully discharged state. At this time, the charge and discharge conditions were 0.1 to 0.2C and one to two times.
상기 음극은 CuKα선을 이용하여 XRD 측정시, (002)면의 피크 강도에 대한 (004)면의 피크 강도비 즉, I(004)/I(002)가 0.04 이상일 수 있으며, 0.04 이상, 0.07 이하일 수 있다. 상기 음극의 I(004)/I(002)이 0.04 이상일 경우에는, 직류 내부저항이 증가되지 않고, 율특성, 특히 고율 특성이 향상될 수 있으며, 사이클 수명 특성이 향상될 수 있다. The peak intensity ratio of the (004) plane of the negative electrode, that is, I (004) / I (002) may be 0.04 or more and 0.04 or more and 0.07 ≪ / RTI > When the I (004) / I (002) of the negative electrode is 0.04 or more, the DC internal resistance is not increased, and the rate characteristics, especially the high rate characteristics, can be improved and the cycle life characteristics can be improved.
본 발명의 한 실시예에 따른 DD값은 음극의 제1 합재(13aa1)와 제2 합재(13aa2)의 음극 활물질이 일정한 각도를 가지고 배향된 정도를 나타내는 것으로, 제1 합재의 제1 DD값과 제2 합재의 제2 DD값의 차이는 10이상일 수 있다. 이때, 제1 합재(13aa1)의 DD값은 19이상 60이하이고, 제2 합재(13aa2)의 DD값은 5이상 19미만일수 있다. 예를 들어, 제1 합재(13aa1)의 DD값이 19면, 제2 합재(13aa2)의 DD값은 9이하이고, 제2 합재(13aa2)의 DD값이 18이면, 제1 합재(13aa1)의 DD값은 28이상일 수 있다.The DD value according to an embodiment of the present invention indicates the degree to which the negative active material of the first composite material 13aa1 and the second composite material 13aa2 of the negative electrode are oriented with a certain angle. The difference in the second DD value of the second member may be 10 or more. At this time, the DD value of the first member 13aa1 is 19 or more and 60 or less, and the DD value of the second member 13aa2 may be 5 or more and less than 19. For example, if the DD value of the first member 13aa1 is 19, the DD value of the second member 13aa2 is 9 or less, and the DD value of the second member 13aa2 is 18, then the first member 13aa1, The DD value may be 28 or more.
이는 제1 합재(13aa1)의 음극 활물질이 제2 합재(13aa2)의 음극 활물질에 비해서 상대적으로 배향성이 높다는 것을 나타낸다. 이때, 제2 기재(13ab)를 중심으로 제1 합재(13aa1)는 제2 합재(13aa2)보다 전극 조립체(10)의 중심에서 멀리 위치할 수 있다. 이 값은 충방전을 진행하더라도 유지되는 물성값이다.This indicates that the negative active material of the first composite 13aa1 is relatively more oriented than the negative active material of the second composite 13aa2. At this time, the first member 13aa1 may be located farther from the center of the
이처럼, 음극의 제1 합재(13aa1)를 배향하기 위해서는 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 기재 위에 음극 활물질을 도포한 후 자기장을 이용하여 배향할 수 있다. 이때, 자기장의 세기, 자기장의 노출 시간 및 음극 활물질 조성물의 점도, 압연강도, 합재 밀도를 조절하여 배향 정도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 인조 흑연 97.5 중량%, 스티렌 부타디엔 러버(styrene- butadiene rubber) 1.5 중량%, 카르복시메틸셀룰로즈(carboxymethyl cellulose) 1 중량%를 물 용매 중에서 혼합하여 점도(이때, 온도는 25℃)가 2,300cps인 음극 활물질 슬러리를 제조한다. As shown in Fig. 3, in order to orient the first aggregate 13aa1 of the negative electrode, the negative active material may be coated on the second base material and then oriented using a magnetic field. At this time, the degree of orientation can be controlled by adjusting the intensity of the magnetic field, the exposure time of the magnetic field, the viscosity of the negative electrode active material composition, the rolling strength, and the density of the compound. For example, when 97.5% by weight of artificial graphite, 1.5% by weight of styrene-butadiene rubber, and 1% by weight of carboxymethyl cellulose are mixed in an aqueous solvent, the viscosity (here, temperature is 25 ° C) cps. < / RTI >
그리고 자기장의 세기가 4,000 Gauss인 자석 상부에 Cu 포일을 위치시킨 후, Cu 포일 위에상기 제조한 음극 활물질 슬러리를 도포하고, 9초간 자기장에 노출한다. 이후, 자기장을 제거하고 음극 활물질 슬러리를 건조 및 압연하면 DD값이 39인 제1 합재를 제조할 수 있다. 반면에 상기 제조한 음극 활물질 슬러리를 Cu 포일 위에 도포, 건조한 후 압연하면 DD값이 18인 제2 합재를 제조할 수 있다.Then, the Cu foil is placed on the magnet having a magnetic field strength of 4,000 Gauss, and then the negative electrode active material slurry is coated on the Cu foil and exposed to a magnetic field for 9 seconds. Thereafter, when the magnetic field is removed and the negative electrode active material slurry is dried and rolled, a first mixture having a DD value of 39 can be produced. On the other hand, if the prepared slurry of the negative active material is coated on a Cu foil, dried, and then rolled, a second member having a DD value of 18 can be produced.
음극 기재를 이동하면서 도포 공정을 실시하면, 자석에 의한 자기장(magnetic flux)은 음극 기재와 수직한 방향으로 형성되나, 코팅 속도(음극 기재의 이동 속도)에 따라 자기장이 형성되는 방향은 벡터(vector) 함수로 일정한 각도를 가지고 형성되므로, 음극 활물질 조성물에 포함되는 음극 활물질이 음극 기재의 표면에 대하여 일정한 각도를 갖도록 서게 되는, 즉 배향되는 형상을 갖게 될 수 있다. Magnetic flux generated by the magnet is formed in a direction perpendicular to the negative electrode base, but the direction in which the magnetic field is formed depends on the coating rate (moving speed of the negative electrode base material) ) Function. Therefore, the negative electrode active material contained in the negative electrode active material composition may be formed to have a certain angle with respect to the surface of the negative electrode base material, that is, to be oriented.
또한, 본 발명의 실시예에서와 같이 음극의 제1 합재(13aa1)의 DD값이 19이상 60이하인 경우, 음극 활물질이 제2 기재(13ab)의 일면에 대해서, 수평하게 누워있는 상태가 아닌, 음극 내에서 Li이온의 이동이 용이하도록 충분하게 배향되어 있음을 의미한다. 따라서, 제1 합재(13aa1)에 비해서 상대적으로 작은 DD값을 가지는 제2 합재(13aa2)는 제1 합재(13aa1)보다 난배향되어 있음을 나타낸다. 제2 합재(13aa2)는 음극 활물질을 도포 후 별도의 배향 공정을 진행하지 않을 수 있다. 따라서, 제2 합재(13aa2)는 제1 합재(13aa1)에 비해서 상대적으로 Li 이온의 이동이 원활하지 않아 직류 내부 저항이 클 수 있다.Also, as in the embodiment of the present invention, when the DD value of the first composite material 13aa1 of the negative electrode is 19 or more and 60 or less, the negative electrode active material does not lie horizontally on one surface of the second base material 13ab, Means that the lithium ion is sufficiently oriented to facilitate the movement of Li ions in the cathode. Therefore, the second composite material 13aa2 having a relatively smaller DD value as compared with the first composite material 13aa1 is more oriented than the first composite material 13aa1. The second member 13aa2 may not be subjected to a separate orientation process after application of the negative electrode active material. Therefore, as compared with the first member 13aa1, the second member 13aa2 can not move the Li ions relatively smoothly, so that the DC internal resistance can be large.
다시 도 2를 참고하면, 원형 젤리롤(jelly roll)의 형성시, 음극의 제1 합재(13aa1)는 양극의 제1 합재(11aa1)보다 상대적으로 전극 조립체(10)의 중심에 인접하게 위치하게 되어, 곡률반경 고려시 음극에 대항하는 양극의 면적이 더 크게 되고, 이로 인해 상대적으로 낮아진 N/P(양극용량/음극용량)비로 인해 리튬석출과 같은 열화가 발생할 수 있는 위험성이 존재할 수 있다. Referring again to FIG. 2, in the formation of a circular jelly roll, the first member 13aa1 of the cathode is positioned adjacent to the center of the
따라서, 본 발명에서는 양극의 제1 합재(11aa1)보다 상대적으로 전극 조립체(10)의 중심에 인접하게 위치하게 되는 음극의 제1 합재(13aa1)의 배향도를 증가시켜 리튬의 이동을 원활하게 하여 이온저항을 감소시킴으로써, 상대적으로 낮아진 N/P비로 인해 발생할 수 있는 리튬석출과 같은 열화를 억제하여 이차전지의 안전성뿐만 아니라 수명을 증가시킬수 있게 된다.Accordingly, in the present invention, the degree of orientation of the first composite material (13aa1) of the negative electrode which is located closer to the center of the electrode assembly (10) relative to the first composite material (11aa1) of the positive electrode is increased, By reducing the resistance, deterioration such as lithium precipitation, which may be caused by a relatively low N / P ratio, is suppressed, so that not only safety but also life of the secondary battery can be increased.
이때, 전극 조립체(10)는 양극(11), 세퍼레이터(12) 및 음극(13)이 반복하여 감아 형성되므로, 음극의 제1 합재(13aa1)와 양극의 제1 합재(11aa1)는 세퍼레이터(12)를 사이에 두고 서로 반대편에 위치할 수 있으며, 음극의 제1 합재(13aa1)는 양극의 제1 합재(11aa1)보다 상대적으로 전극 조립체(10)의 중심에 인접하게 위치(A 부분 참고)할 수 있다. 그리고 음극의 제2 합재(13aa2)와 양극의 제2 합재(11aa2)는 세퍼레이터(12)를 사이에 두고 서로 반대편에 위치할 수 있으며, 이때 양극의 제2 합재(11aa2)는 음극의 제2 합재(13aa2)보다 상대적으로 전극 조립체(10)의 중심에 인접하게 위치(B 부분 참고)할 수 있다. Since the
리튬이차전지는 충전시 양극으로부터 리튬이온이 나와 음극으로 삽입되는데, 이때 양극으로부터 나온 리튬이온의 양보다 이를 받을 수 있는 음극내 사이트(site)가 작을 경우, 리튬 석출과 같은 문제가 발생하게 된다. 이런 문제는 양극/음극 극판의 로딩 레벨(loading level, L/L) 산포 및 반응 중 저항 증가에 기인한다. When the lithium secondary battery is charged, lithium ions are discharged from the anode and inserted into the cathode. At this time, when the site in the cathode which can receive the lithium ions from the anode is small, problems such as lithium precipitation occur. This problem is caused by the loading level (L / L) of the anode / cathode plate and the resistance increase during the reaction.
따라서, 전극 조립체(10)는 음극 용량이 양극 용량에 비해서 크게 형성되는데, 이를 나타내는 수치인 N/P비는 일반적인 리튬 이차 전지에서는 1.0 ~ 1.2의 값을 가진다. 원통형 전지와 같이 반복적으로 감아 형성하는 전극 조립체(10)에서는 위치에 따라서 음극 용량이 양극 용량에 비해서 상대적으로 조금 큰 영역(A, 예 N/P = 1.05)과 음극 용량이 양극 용량이 비해서 상대적으로 많이 큰 영역(B, 예 N/P = 1.10)이 존재할 수 있다. 이는 전극 조립체(10)가 반복적으로 감아 형성되므로, 음극 및 양극의 원주가 다르기 때문으로, 본 발명에서는 회전되어 적층되는 위치에 따라서 음극 용량이 양극 용량에 비해서 상대적으로 조금 큰 영역(A)에 음극의 제1 합재(13aa1)가 올 수 있도록 배치한다.Accordingly, the negative electrode capacity of the
음극의 제1 합재(13aa1)는 음극의 제2 합재(13aa2)에 비해서 일정한 방향으로 배향되어 있어, 음극의 제2 합재(13aa2)보다 Li의 이동이 원할하고, 이로 인한 저항감소로 인해 음극 용량이 증가되는 효과가 발생한다. The first laminate 13aa1 of the negative electrode is oriented in a certain direction as compared with the second laminate 13aa2 of the negative electrode so that the movement of Li is easier than the second laminate 13aa2 of the negative electrode, Is increased.
한편, 음극 합재의 BET 비표면적은 3.0㎡/g 미만일 수 있으며, 또한 0.6㎡/g 내지 1.2㎡/g일 수 있다. 음극 합재(13aa)의 BET 비표면적이 3.0㎡/g 미만인 경우에는 셀의 전기화학적 수명특성이 좋아질 수 있는 장점이 있을 수 있다. On the other hand, the BET specific surface area of the negative electrode composite material may be less than 3.0 m 2 / g, and may also be 0.6 m 2 / g to 1.2 m 2 / g. When the BET specific surface area of the negative electrode material mixture 13aa is less than 3.0 m 2 / g, the electrochemical lifetime characteristics of the cell may be improved .
상기 BET 측정은 상기 음극을 포함하는 리튬 이차 전지를 충방전한 이후, 완전 방전한 상태의 전지를 해체하여 얻은 음극을 일정 크기로 잘라서 BET 시료 홀더(sample holder)에 넣어서 질소 가스 흡착 방법으로 측정한 것이다.The BET measurement was performed by charging / discharging the lithium secondary battery including the negative electrode, dismantling the battery in a completely discharged state, cutting the negative electrode into a predetermined size, placing it in a BET sample holder and measuring it with a nitrogen gas adsorption method will be.
상기 음극은 6mg/cm2 내지 65mg/cm2의 단면 로딩 레벨(L/L)을 갖는 것일 수 있다.The negative electrode may have a single-sided loading level (L / L) of 6 mg / cm 2 to 65 mg / cm 2 .
상기 탄소계 음극 활물질은 인조 흑연 또는 인조 흑연과 천연 흑연의 혼합물일 수 있다. 음극 활물질로 인조 흑연 또는 인조 흑연과 천연 흑연의 혼합물인 결정질 탄소계 물질을 사용하는 경우, 비정질 탄소계 활물질을 사용하는 경우에 비하여 입자의 결정학적 특성이 더 발달되어 있기 때문에 외부 자기장에 대한 극판 내 탄소물질의 배향특성을 더 향상시킬 수 있는 장점이 있을 수 있다. 상기 인조 흑연 또는 천연 흑연의 형태는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형, 섬유형, 또는 이들의 조합으로서, 어떠한 형태라도 무방하다. 또한, 상기 인조 흑연과 천연 흑연을 혼합 사용하는 경우, 혼합비는 70 : 30 중량% 내지 95 : 5 중량%일 수 있다. The carbonaceous anode active material may be artificial graphite or a mixture of artificial graphite and natural graphite. When a crystalline carbon-based material, which is a mixture of artificial graphite or artificial graphite and natural graphite, is used as the negative electrode active material, the crystallographic characteristics of the particles are more improved than those of the amorphous carbon-based active material, It may be advantageous to further improve the orientation property of the carbon material. The form of the artificial graphite or natural graphite may be amorphous, plate-like, flake, spherical, fibrous, or a combination thereof, and may be in any form. When the artificial graphite and the natural graphite are mixed, the mixing ratio may be 70:30 to 95: 5 wt%.
또한, 상기 음극 합재는 Si계 음극 활물질, Sn계 음극 활물질 또는 LiMOx(M =금속)계 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 음극 합재가 이들을 더욱 포함하는 경우, 즉 탄소계 음극 활물질을 제1 음극 활물질로, 상기 음극 활물질을 제2 음극 활물질로 포함하는 경우, 제1 음극 활물질 및 제2 음극 활물질의 혼합비는 50:50 내지 99:1 중량비일 수 있다. In addition, the negative electrode material may further include at least one of a Si-based negative active material, a Sn-based negative active material, or LiMOx (M = metal). In the case where the negative electrode mixture further includes the carbonaceous negative electrode active material as the first negative electrode active material and the negative electrode active material as the second negative electrode active material, the mixing ratio of the first negative electrode active material and the second negative electrode active material is 50: 99: 1 by weight.
상기 LiMOx(M =금속)계 음극 활물질은 리튬 바나듐 산화물일 수 있다. The LiMOx (M = metal) anode active material may be lithium vanadium oxide.
상기 Si계 음극 활물질은 Si, Si-C 복합체, SiOx(0 < x < 2), Si-Q 합금(상기 Q는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), 상기 Sn계 음극 활물질은 Sn, SnO2, Sn-R 합금(상기 R은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Q 및 R로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Tl, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. The Si-based negative active material may be at least one selected from the group consisting of Si, Si-C composite, SiO x (0 <x <2), Si-Q alloy (Q is an alkali metal, an alkali earth metal, a
상기 음극 합재(13aa)에서 음극 활물질의 함량은 음극 합재의 전체 중량에 대하여 95 중량% 내지 99 중량%일 수 있다.The content of the negative electrode active material in the negative electrode material mixture 13aa may be 95% by weight to 99% by weight based on the total weight of the negative electrode material mixture.
상기 음극 합재(13aa)는 바인더를 포함하며, 선택적으로 도전재를 더욱 포함할 수도 있다. 상기 음극 합재에서 바인더의 함량은 음극 합재의 전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 5 중량%일 수 있다. 또한 도전재를 더욱 포함하는 경우에는 음극 활물질을 90 중량% 내지 98 중량%, 바인더를 1 중량% 내지 5 중량%, 도전재를 1 중량% 내지 5 중량% 사용할 수 있다.The negative electrode material mixture 13aa includes a binder, and may optionally further include a conductive material. The content of the binder in the negative electrode material may be 1 wt% to 5 wt% with respect to the total weight of the negative electrode material. When the conductive material is further included, the negative electrode active material may be used in an amount of 90 to 98 wt%, the binder may be used in an amount of 1 to 5 wt%, and the conductive material may be used in an amount of 1 to 5 wt%.
상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 음극 기재에 잘 부착시키는 역할을 한다. 상기 바인더로는 비수계 바인더, 수계 바인더 또는 이들의 조합을 사용할 수 있다.The binder serves to adhere the negative electrode active material particles to each other and to adhere the negative electrode active material to the negative electrode substrate well. As the binder, a non-aqueous binder, an aqueous binder, or a combination thereof may be used.
상기 비수계 바인더로는 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아미드이미드, 폴리이미드 또는 이들의 조합을 들 수 있다. Examples of the non-aqueous binder include polyvinyl chloride, carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, a polymer including ethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride , Polyethylene, polypropylene, polyamideimide, polyimide, or a combination thereof.
상기 수계 바인더로는 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버(SBR), 아크릴로나이트릴-부타디엔 러버, 아크릴 고무, 부틸고무, 에틸렌프로필렌공중합체, 폴리에피크로로히드린, 폴리포스파젠, 폴리아크릴로니트릴, 폴리스틸렌, 에틸렌프로필렌디엔공중합체, 폴리비닐피리딘, 클로로설폰화폴리에틸렌, 라텍스, 폴리에스테르수지, 아크릴수지, 페놀수지, 에폭시 수지, 폴리비닐알콜, 아크릴레이트계 수지 또는 이들의 조합을 들 수 있다.Examples of the water-based binder include styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber (SBR), acrylonitrile-butadiene rubber, acrylic rubber, butyl rubber, ethylene propylene copolymer, polyepichlorohydrin, Polyvinylpyridine, chlorosulfonated polyethylene, latex, polyester resin, acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, polyvinyl alcohol, acrylate-based resin, or a mixture thereof. Combinations.
상기 음극 바인더로 수계 바인더를 사용하는 경우, 점성을 부여할 수 있는 셀룰로즈 계열 화합물을 증점제로 더욱 포함할 수 있다. 이 셀룰로즈 계열 화합물로는 카르복시메틸 셀룰로즈, 하이드록시프로필메틸 셀룰로즈, 메틸 셀룰로즈, 또는 이들의 알칼리 금속염 등을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 알칼리 금속으로는 Na, K 또는 Li를 사용할 수 있다. 이러한 증점제 사용 함량은 음극 활물질 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 3 중량부일 수 있다. When an aqueous binder is used as the negative electrode binder, a cellulose-based compound capable of imparting viscosity may be further contained as a thickener. As the cellulose-based compound, carboxymethyl cellulose, hydroxypropylmethyl cellulose, methyl cellulose, alkali metal salts thereof or the like may be used in combination. As the alkali metal, Na, K or Li can be used. The content of the thickener may be 0.1 part by weight to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the negative electrode active material.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용 가능하다. 도전재의 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material may be used for the battery without causing any chemical change. Examples of the conductive material include carbon-based materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black and carbon fiber; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Or a mixture thereof may be used.
다시, 도 1을 참고하면, 전극 조립체(10)는 전해질과 함께 케이스(20)에 수용될 수 있으며, 전해질은 비수성 유기 용매 및 리튬염을 포함한다.Referring again to FIG. 1, the
상기 비수성 유기용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.
상기 리튬염은 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. 이러한 리튬염의 대표적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiN(SO2C2F5)2, Li(CF3SO2)2N, LiN(SO3C2F5)2, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x + 1SO2)(CyF2y + 1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수이며, 예를 들면 1 내지 20의 정수임), LiCl, LiI 및 LiB(C2O4)2(리튬 비스옥살레이트 보레이트(lithium bis(oxalato) borate: LiBOB)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 지지(supporting) 전해염으로 포함한다. 리튬염의 농도는 0.1M 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt is dissolved in an organic solvent to act as a source of lithium ions in the cell to enable operation of a basic lithium secondary battery and to promote the movement of lithium ions between the anode and the cathode. The lithium salt Representative examples are LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6 , LiAsF 6, LiN (SO 2 C 2 F 5) 2, Li (CF 3 SO 2) 2 N, LiN (SO 3 C 2 F 5) 2, LiC 4 F 9 SO 3, LiClO 4, LiAlO 2, LiAlCl 4, LiN (C x F 2x + 1 SO 2) (C y F 2y + 1 SO 2) ( where, x and y are natural numbers, e.g. 1 to 20), LiCl, LiI and LiB (C 2 O 4 ) 2 (lithium bis (oxalato) borate: LiBOB) The concentration of the lithium salt is preferably in the range of 0.1 M to 2.0 M. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the electrolyte has an appropriate conductivity and viscosity, Lithium ions can move effectively.
젤리롤(Jelly Roll) 상태에서, 양극 집전판(11d)은 전극 조립체(10)의 양극의 전극 무지부(11b)에 연결되고, 음극 집전판(13d)은 전극 조립체(10)의 음극의 전극 무지부(13b)에 연결된다.In the jelly roll state, the positive electrode
양극 집전판(11d)은 음극 집전판(13d) 보다 폭이 좁게 형성되어, 음극 집전판(13d)은 케이스(20)와 접촉하는 반면, 양극 집전판(11d)은 케이스(20)와 접촉하지 않도록 이격되어 있다. The positive electrode
양극 집전판(11d)에는 리드 탭(37)이 전기적으로 연결되어 있다. 리드 탭(37)의 일단은 양극 집전판(11d)과 용접으로 연결될 수 있으며, 타단은 캡 조립체(30)와 전기적으로 연결될 수 있다. 리드 탭(37)은 캡 조립체(30)와 접촉 면적을 증가시키기 위해서 전극 조립체(10)와 일면이 마주하도록 절곡될 수 있다. A
양극 집전판(11d) 위에는 센터핀(60)을 노출하는 개구를 가지는 절연판(50)이 위치한다. 절연판(50)은 양극 집전판(11d)보다 크게 형성되어 절연판(50)은 케이스(20)의 내면과 접촉할 수 있다. 이처럼 절연판(50)을 양극 집전판(11d) 보다 크게 형성하면 절연판(50)이 양극 집전판(11d) 밖으로 돌출된 폭만큼 양극 집전판(11d)과 케이스(20) 사이에 일정한 간극이 형성된다. 양극 집전판(11d)과 케이스(20) 사이의 간극은 양극 집전판(11d)과 케이스(20)가 접촉하여 단락되는 형상을 방지할 수 있다. On the positive
리드 탭(37)은 절연판(50)의 개구부(51)를 통해서 후술하는 전극 조립체(10)의 제1 보조 플레이트(34)와 접촉하여 연결될 수 있다.The
전극 조립체(10)는 센터핀(60)을 중심으로 감겨 있으므로, 센터핀(60)은 전극 조립체(10)의 중심에 위치하며 전극 조립체(10)가 케이스(20)에 삽입되는 방향에 나란하게 배치될 수 있다. 센터핀(60)은 이차 전지의 외부에서 작용하는 전면(全面) 압축 하중이나 국부적인 충격 하중을 받을 때, 최소로 변형되거나 변형 전 형상에 근접하는 형상을 유지하여 전극 조립체(10)의 형상을 유지한다.Since the
센터 핀(60)은 외부 충격에 대해서 최소로 변형되기 위해서, 일정한 강성을 가지는 물질, 예를 들어 금속으로 형성될 수 있다. 센터 핀(60)이 도전성을 가지는 금속일 경우, 센터 핀(60)의 양단은 양극 집전판(11d)과 음극 집전판(13d)에 전기적으로 절연 상태를 유지하도록 설치된다. The
예를 들어, 센터 핀(60)의 하단과 이에 대응하는 음극 집전판(13d) 사이에 절연 패드(52)가 배치될 수 있다. 센터 핀(60)의 상단은 양극 집전판(11d)의 중심에 형성된 관통구에 절연 상태로 관통하여 절연판(50)에 지지된다. 이때, 센터 핀(60)의 상단은 양극 집전판(11d)의 관통구와 이격될 수도 있고, 서로의 사이에 절연부재(미도시)를 개재할 수도 있다. 따라서 센터 핀(60)의 길이 방향에서 센터 핀(60)의 유동이 제한되고, 전극 조립체(10)의 중심에서 센터 핀(60)이 안정된 상태를 유지할 수 있다.For example, the insulating
케이스(20)는 전극 조립체(10)가 삽입될 수 있도록, 일측이 개구되어 있으며 전극 조립체(10)와 대략 같은 형상을 가지도록 형성될 수 있으며, 예를 들어 케이스(20)는 원통형일 수 있다. 케이스(20)는 전극 조립체의 음극 집전판(13d)과 연결되어 이차 전지의 음극 단자로 작용할 수 있다. 따라서 케이스(20)는 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈 도금강과 같은 도전성 금속으로 형성할 수 있다. The
캡 조립체(30)는 케이스(20)의 개구에 위치하며, 개스킷(40)을 사이에 두고 케이스(20)에 결합된다. 개스킷(40)은 케이스(20)와 캡 조립체(30)를 절연하며, 전극 조립체(10)와 전해액을 수용하는 케이스(20) 내부를 밀폐시킨다. The
구체적으로, 캡 조립체(30)는 캡 플레이트(31), 양성 온도 소자(positive temperature coefficient element)(35), 벤트 플레이트(32), 절연 부재(33), 제1 보조 플레이트(34) 및 제2 보조 플레이트(38)를 포함한다. Specifically, the
제1 보조 플레이트(34)는 전극 조립체의 리드탭(37)과 전기적으로 연결되어 있으며, 용접으로 리드탭(37)에 결합될 수 있다. The first
제2 보조 플레이트(38)는 제1 보조 플레이트(34) 위에 적층되어 제1 보조 플레이트(34)와 전기적으로 연결되어 있으며, 용접으로 제1 보조 플레이트(34)에 결합될 수 있다. 제2 보조 플레이트(38)는 센터핀(60)과 대응하는 전극 조립체(10)의 중앙에 위치하며 제1 보조 플레이트(34)를 노출하는 관통구멍을 가진다. The second
벤트 플레이트(32)는 절연 부재(33)를 사이에 두고 제2 보조 플레이트(38) 위에 위치한다. 벤트 플레이트(32)의 가장자리는 개스킷(40)에 삽입되어 케이스(20)에 결합될 수 있다. The
벤트 플레이트(32)는 센터 핀(60)과 대응하는 부분에 위치하는 벤트(32a)를 포함한다. 벤트(32a)는 벤트 플레이트(32)에서 전극 조립체(10)를 향하여 돌출 형성되며, 관통구멍을 통해서 제1 보조 플레이트(34)와 접촉하여 전기적으로 연결된다. 벤트 플레이트(32)는 벤트(32a) 주위에 벤트(32a)의 파손을 안내하는 노치(32b)를 가질 수 있다. The vent plate (32) includes a vent (32a) located at a portion corresponding to the center pin (60). The
벤트(32a)는 기 설정된 압력 조건에서 파손되어, 내부 가스를 외부로 방출하고 제1 보조 플레이트(34)와의 전기적 연결을 차단할 수 있다. 즉, 가스의 발생으로 케이스(20)의 내부 압력이 상승하는 경우, 노치(32b)가 미리 파손되어 가스를 후술하는 배기구(31d)를 통해서 외부로 배출함으로써 이차 전지의 폭발을 방지할 수 있다. The
또한, 이상 반응이 계속되어 벤트(32a)가 파손되면 벤트 플레이트(32)와 제1 보조 플레이트(34) 사이의 전기적 연결이 끊어진다. 따라서 벤트 플레이트(32)와 전기적으로 연결된 캡 플레이트(31)와 제1 보조 플레이트(34) 사이의 전기적 연결이 끊어져 더 이상의 전류 흐름이 발생하지 않는다.In addition, if the
캡 플레이트(31)는 전극 조립체(10)의 중심인 센터 핀(60)과 대응하는 중앙 플레이트(31a), 중앙 플레이트(31a)로부터 개스킷(40)을 향해 뻗은 복수의 가지부(31b), 가지부(31b)들의 일단을 연결하며 개스킷(40)에 삽입되어 결합되는 결합 플레이트(31c)를 포함한다. 이웃하는 가지부(31b) 사이는 외부로 개방되어 내부 가스를 배출하는 배기구(31d)가 형성된다.The
가지부(31b)는 결합 플레이트(31c)로부터 절곡된 상태로 중앙 플레이트(31a)에 연결되어, 캡 플레이트(31)의 중앙이 케이스(20) 외부로 돌출된 형태를 이룰 수 있다. 캡 플레이트(31)는 벤트 플레이트(32), 제2 보조 플레이트(38), 제1 보조 플레이트(34) 및 리드 탭(37)을 통해서, 양극 집전판(11d)과 전기적으로 연결되어, 이차 전지의 양극 단자로 사용될 수 있다. 따라서 캡 플레이트(31)의 중앙을 케이스(20) 외부로 돌출되도록 형성하면 외부 기기와의 단자 연결을 용이하게 할 수 있다. The
한편, PTC 소자는 캡 플레이트(31)의 제2 플레이트를 따라 형성될 수 있으며, 캡 플레이트의 제2 플레이트와 벤트 플레이트의 가장자리 사이에 적층된 상태로 개스킷(40)에 삽입되어 결합될 수 있다. Meanwhile, the PTC device may be formed along the second plate of the
양성 온도 소자(35)는 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에 설치되어, 이차 전지의 내부 온도에 따라, 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에서 전류 흐름을 단속할 수 있다. The
내부 온도가 기 설정된 범위 이내인 경우, 양성 온도 소자(35)는 도체로 작용하여 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32)를 전기적으로 연결한다. 그러나 내부 온도가 기 설정된 온도를 초과하는 경우, 양성 온도 소자(35)는 무한대까지 커지는 전기 저항을 가진다. 따라서 양성 온도 소자(35)는 캡 플레이트(31)와 벤트 플레이트(32) 사이에서 충전 또는 방전 전류의 흐름을 차단할 수 있다.When the internal temperature is within the predetermined range, the
캡 조립체(30)의 가장자리는 벤트 플레이트(32), 양성 온도 소자(35), 캡 플레이트(31)가 적층된 형태로 개스킷(40)에 삽입된 후, 케이스(20)의 개구에 끼워진다. 그리고 클램핑(clamping) 공정을 통하여 캡 조립체(30)는 케이스(20)의 개구에 고정된다. 이때, 케이스(20)에는 케이스(20)의 직경 방향 중심으로 함몰되는 비딩부(21)와 캡 조립체(30)가 삽입된 개스킷(40)의 외주 테두리를 잡아주는 클램핑부(22)가 형성될 수 있다.The edge of the
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And it goes without saying that the invention belongs to the scope of the invention.
10: 전극 조립체
11: 양극
11a, 13a: 전극 활성부
11b, 13b: 전극 무지부
11aa: 양극 합재
11aa1, 13aa1: 제1 합재
11aa2, 13aa2: 제2 합재
11ab: 제1 기재
11d: 양극 집전판
12: 세퍼레이터
13: 음극
13aa: 음극 합재
13ab: 제2 기재
13d: 음극 집전판
20: 케이스
21: 비딩부
22: 클램핑부
30: 캡 조립체
31: 캡 플레이트
31a: 중앙 플레이트
31b: 가지부
31c: 결합 플레이트
31d: 배기구
32: 벤트 플레이트
31a: 벤트
32b: 노치
33: 절연 부재
34: 제1 보조 플레이트
35: 양성온도소자
37: 리드탭
38: 제2 보조 플레이트
40: 개스킷
50: 절연판
51: 개구부
52: 절연 패드
60: 센터핀10: electrode assembly 11: anode
11a, 13a: electrode
11aa: positive electrode composite material 11aa1, 13aa1: first composite material
11aa2, 13aa2: second member 11ab: first substrate
11d: positive electrode current collector plate 12: separator
13: cathode 13aa: cathode composite
13ab:
20: Case 21:
22: clamping part 30: cap assembly
31:
31b:
31d: exhaust port 32: vent plate
31a: vent 32b: notch
33: Insulating member 34: First auxiliary plate
35: positive temperature element 37: lead tab
38: second auxiliary plate 40: gasket
50: insulating plate 51: opening
52: Insulation pad 60: Center pin
Claims (10)
상기 전극 조립체는 기재, 상기 기재의 양면에 각각 형성되어 있는 제1 합재 및 제2 합재를 각각 포함하는 음극 및 양극,
상기 음극과 상기 양극 사이에 위치하는 세퍼레이터
를 포함하고,
상기 음극의 제1 합재는 상기 음극의 제2 합재보다 상대적으로 상기 전극 조립체의 중심으로부터 멀리 위치하며,
상기 음극의 제1 합재는 상기 음극의 기재의 일면에 대해서 배향되어 있는 전극 조립체.In the wound electrode assembly,
The electrode assembly includes a base material, a negative electrode and a positive electrode each including a first mixture and a second mixture formed on both sides of the base material,
A separator disposed between the cathode and the anode,
Lt; / RTI >
The first composite of the cathode being located farther from the center of the electrode assembly relative to the second composite of the cathode,
Wherein the first mixture of the negative electrodes is oriented with respect to one surface of the base material of the negative electrode.
상기 양극의 제1 합재는 상기 양극의 제2 합재보다 상대적으로 상기 전극 조립체의 중심에 인접하게 위치하는 전극 조립체.The method of claim 1,
Wherein the first composite of the anode is positioned adjacent to the center of the electrode assembly relative to the second composite of the anode.
상기 음극의 제1 합재와 상기 양극의 제1 합재는 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 서로 반대편에 위치하고,
상기 음극의 제1 합재는 상기 양극의 제1 합재보다 상대적으로 상기 전극 조립체의 중심에 인접하게 위치하는 전극 조립체.3. The method of claim 2,
The first composite of the negative electrode and the first composite of the positive electrode are located opposite to each other with the separator interposed therebetween,
Wherein the first composite of the negative electrode is positioned adjacent to the center of the electrode assembly relative to the first composite of the positive electrode.
상기 음극의 제2 합재와 상기 양극의 제2 합재는 상기 세퍼레이터를 사이에 두고 서로 반대편에 위치하고,
상기 양극의 제2 합재는 상기 음극의 제2 합재보다 상대적으로 상기 전극 조립체의 중심에 인접하게 위치하는 전극 조립체.3. The method of claim 2,
The second composite of the negative electrode and the second composite of the positive electrode are located opposite to each other with the separator interposed therebetween,
Wherein the second composite of the anode is positioned adjacent to the center of the electrode assembly relative to the second composite of the cathode.
상기 음극의 제1 합재 및 제2 합재는 탄소계 음극 활물질을 포함하고,
상기 음극의 제1 합재 및 제2 합재는 하기 식 1로 정의되는 DD(Degree of Divergence) 값을 가지고, 상기 음극의 제1 합재의 DD값과 상기 제2 합재의 DD값의 차이는 10이상인 전극 조립체.
[식 1]
DD(Degree of Divergence) = (Ia/Itotal)×100
(상기 식 1에서,
Ia는 CuKα선을 이용하여 XRD 측정시, 비평면 각도에서 나타나는 피크 강도 합계 값이고,
Itotal은 CuKα선을 이용하여 XRD 측정시, 모든 각도에서 나타나는 피크 강도 합계 값임).The method of claim 1,
Wherein the first and second composites of the negative electrode comprise a carbon-based negative active material,
The first and second members of the negative electrode have a degree of divergence (DD) value defined by the following formula 1, and the difference between the DD value of the first composite of the negative electrode and the DD value of the second composite is 10 or more Assembly.
[Formula 1]
DD (Degree of Divergence) = (I a / I total ) x 100
(In the above formula 1,
I a is the sum of peak intensities at non-planar angles in XRD measurement using CuKα line,
I total is the sum of the peak intensities at all angles in XRD measurement using CuKα line).
상기 제1 합재의 DD값은 19이상 60이하이고, 상기 제2 합재의 DD값은 5이상 19미만인 전극 조립체.The method of claim 5,
Wherein the DD value of the first composite is between 19 and 60 and the DD value of the second composite is between 5 and 19.
상기 탄소계 음극 활물질은 인조 흑연 또는 인조 흑연과 천연 흑연의 혼합물을 포함하는 전극 조립체.The method of claim 5,
Wherein the carbonaceous anode active material comprises a mixture of artificial graphite or artificial graphite and natural graphite.
상기 탄소계 음극 활물질은 Si계, Sn계, LiMOx(M =금속)계 중 적어도 하나를 더 포함하는 전극 조립체.8. The method of claim 7,
Wherein the carbonaceous anode active material further comprises at least one of Si, Sn, and LiMOx (M = metal).
상기 전극 조립체는 센터 핀을 더 포함하고,
상기 전극 조립체는 상기 센터 핀을 중심으로 권취되어 있는 전극 조립체.The method of claim 1,
Wherein the electrode assembly further comprises a center pin,
Wherein the electrode assembly is wound around the center pin.
상기 전극 조립체를 수용하는 케이스,
상기 케이스 내에 상기 전극 조립체와 함께 수용되어 있는 전해질
을 포함하는 이차 전지.10. An electrode assembly according to any one of claims 1 to 9,
A case for housing the electrode assembly,
The electrolyte contained in the case with the electrode assembly
And a secondary battery.
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